兩種煤粉流量計測量技術對比及應用
摘要：工藝在運行中通過兩種流量的相互參考進行煤量給定, 可以精準的控制總氧煤比在0.8, 粉煤在此工況下能夠充分燃燒, 使得甲烷指標在500ppm以下, 爐溫低于600℃, 為裝置長周期穩定運行提供了有力保障。
內蒙古世林化工分公司煤制甲醇主裝置技改為航天爐, 爐內為水冷壁結構, 爐膛溫度可達1500~1700℃, 具有較高的熱效率和碳轉換率, 有效氣體成分也很高。煤線保留原來的四條線, 氧線改為主氧和環氧兩條線, 四條煤線采用的流量計為前端分體式的伯托密度計和DYNA速度計4套, 后端為一體式的SWR流量計4臺。工藝流程如圖1
圖1 工藝流程圖
1、分體式流量計的組成及原理：
分體式流量計是由伯托核密度計、DYNA速度計和二次儀表構成, 具體配置如圖2所示。
圖2 分體式流量計配置示意圖
圖3 DYNA速度計
1.1、核密度計：
伯托核密度計由放射源Cs137和檢測器組成, 其工作原理是:放射性同位素銫137從密度計的鉛罐中發出γ射線, 橫穿過粉煤管線后, 被對面密度計的射線檢測器接受, 粉煤的密度越大, 其吸收的射線劑量越多, 射線檢測器接收到的射線信號越弱。通過檢測射線檢測器接受的信號得到粉煤的密度。
1.2、速度計：
德國伯托公司的DYNA速度計, 其工作原理是:氣體輸送的粉煤顆粒之間互相摩擦碰撞產生靜電, 帶靜電電荷的粉煤顆粒通過速度計時, 感應出一個電壓波形, 這個波形是的特定的, 速度計內筒上有兩個固定距離的圓環電極, 檢測出同一電壓波形經過兩個圓環電極的時間差, 就能得到粉煤的流速, 如圖3所示。
1.3、粉煤的質量流量：
粉煤的質量流量是將粉煤的密度值, 用溫度壓力值校正后與速度值和管道截面積相乘, 得數再用“K”值和“C”值修正而得到。霍尼韋爾EPKS控制系統里的輔助計算塊AUXCALCA里的公式以1號煤線為例:
粉煤流量的計算公式:
2、一體式SWR流量計的組成及原理：
一體式SWR流量計是由傳感器和中央處理單元組成。SWR流量計是針對氣固兩相流而開發的測量儀表, 它的工作原理是通過傳感器探頭在管道橫截面內激勵出均勻交變的電磁場, 粉煤流經該電磁場時, 引起電磁場的變化, 依據此變化計算出粉煤運動速度 (m/s) 、密度 (kg/m3) 、實時粉煤流量 (kg/h) , 并且輸出對應上述測量值的三路獨立的4~20mA電流信號。
3、兩種流量計的標定方法：
3.1、伯托核密度計標定：
它是采用一點法進行零點取值, 要求工藝把氮氣壓力升到4.5Mpa, 并處于流動狀態, 通過二次表的面板進行零點計數率的采集, 把面板上顯示I-mean的值設置到zero countrate I0下的value里。
3.2、SWR密度計標定：
它是對零點、小流量、正常流量都要進行標定, 同時要求稱重倉的料位指示準確, 標定循環的累計時間為12小時, 通過稱重倉煤量的增減變化, 計算出相對應密度的標定系數。
4、兩種流量計在實際運行工況中的比較：
氣化壓力在4.0Mpa, 煤線壓力是4.3Mpa, 投煤量是46t/h, 氧煤比控制在0.8左右, 此時兩種流量的顯示如圖4 (以一號線的速度、密度、流量為例) , 前端伯托密度比后端SWR密度大30~50kg/m3, 后端SWR速度比伯托DYNA速度大0.4~0.6m/s, 符合氣固兩相流的特點。
圖4 速度、密度、流量曲線 (藍線-伯托、紅線-SWR)
5、流量在實際運行中的結果分析：
由于流量是由密度、速度以及管道截面積計算出的, 速度在測量過程中不需要做任何修正, 輸煤管線直徑一旦確定, 可以視為速度和截面積都是常數, 此時對于流量影響較大就是密度了, 通過對密度的歷史趨勢進行查看, 發現伯托密度計阻尼時間較長, 曲線比較圓滑, 峰值不突出, 不能真實的反應管道內的流態, 而SWR的密度計和管道內的壓力曲線完全一致, 可以較好的反應實時工況, 在工藝調整工況時, SWR密度計跟蹤迅速, 很快就能達到穩態, SWR流量的變化趨勢和伯托的流量相一致。
6、結語：
通過每天的流量累計證明, 在同樣工況下, 伯托分體式流量計和SWR一體式流量計累計量的差值在允許誤差范圍內, 可以得出SWR流量計也能滿足工藝的要求, 在運行中可以和伯托流量計相互參考, 同時它還具有以下優點:
(1) SWR流量計屬于非核儀表, 現場維護簡單, 沒有核輻射傷害;
(2) 傳感器采用陶瓷內襯, 耐磨、防腐, 延長了儀表的使用壽命, 儀表出廠質保三年;
(3) 瞬時流量在工況大幅度調整時能及時跟蹤;
(4) 采用一體式儀表完成了流量、密度、速度三路獨立的4~20mA電流輸出信號;
(5) 不涉及到射源衰減的問題, 在后期使用中不會降低測量精度。